Chất lợng của cọc sau khi đổ xong bê tông thờng thể hiện bằng các chỉ tiêu sau: -Độ nguyên vẹn (sự toàn khối của cọc);
-Sự tiếp xúc giữa mũi cọc và đất nền; -Sức chịu tải của cọc.
Một số phơng pháp kiểm tra thờng dùng gồm có:
4.2.6.1. Phơng pháp siêu âm truyền qua
Việc thăm dò bằng siêu âm một cấu kiện móng bằng bê tông có đặt trớc ít nhất hai ống đo, song song, bao gồm các bớc (hình 4.14) nh sau:
- Cho một đầu dò (đầu phát) vào trong một ống đo đã đầy nớc sạch và phát sóng siêu âm truyền qua bê tông của cấu kiện móng;
- Cho một đầu dò thứ hai (đầu thu) vào một ống khác cũng đầy nớc và thu sóng siêu âm này ở cùng mức độ sâu của đầu phát sóng; khi cần (ví dụ lúc dò độ lớn lỗ hổng) có thể hai đầu thu phát không cùng ở một mức độ sâu nh- ng khoảng cách chéo này phải đợc xác định.
- Trên suốt dọc chiều cao các ống, đo thời gian truyền sóng siêu âm giữa hai đầu dò;
Một số cách đánh giá kết quả kiểm tra
Phân tích và đánh giá kết quả kiểm tra do chuyên gia t vấn có trình độ chuyên môn cao thực hiện và chịu trách nhiệm trớc ngời đặt yêu cầu.
Để đánh giá chất lợng bê tông của cấu kiện móng thờng phải dựa vào các đặc trng âm đo đợc (nh vận tốc, biên độ, năng lợng, thời gian truyền.. ) hoặc vào hình dáng của sóng âm đợc ghi lại trên màn hình.
Trong bảng 4.14 trình bày cách đánh giá chất lợng bê tông theo một số đặc trng sóng siêu âm và trên hình 4.15 trình bày ví dụ hình dáng sóng âm đối với cọc có khuyết tật.
Bảng 4.14. Đánh giá chất lợng bê tông thân cọc khoan nhồi theo đặc trng sóng âm
Chất lợng Thời gian truyền Biên độ Hình dạng sóng Tốt Đều đặn không đột
biến
Không bị suy giảm lớn
Bình thờng
Phân tầng Tăng lớn Có suy giảm Biến đổi lạ
Nứt gẫy Tăng đột biến Suy giảm rõ rệt Biến đổi lạ Phơng pháp kiểm tra chất lợng bê tông bằng siêu âm không cho thông tin về cờng độ (hoặc các đặc trng cơ học khác nh môdun đàn hồi, hệ số Poisson). Muốn có đợc các thông tin này, ở các công trờng lớn (với khối lợng bê tông nhiều) phải tiến hành xây dựng các tơng quan giữa đặc trng cơ học nào đó (cần dùng nó trong kiểm soát chất l- ợng) với đặc trng âm.
Trong trờng hợp muốn có những số liệu sơ bộ về chất lợng hoặc cờng độ bê tông thông qua các đặc trng sóng âm có thể tham khảo bảng 4.15 và 4.16.
Bảng 4.15. Đánh giá chất lợng bê tông thân cọc bằng vận tốc xung
Tốc độ xung Đánh giá ft/s m/s chất lợng Trên 15.000 12.000 - 15.000 10.000 - 12.000 7.000 - 10.000 Dới 7.000 Trên 4570 3660 - 4570 3050 -3660 2135 - 3050 Dới 2135 Rất tốt Tốt Nghi ngờ Kém Rất kém
Bảng 4.16. Cấp chất lợng bê tông thân cọc theo vận tốc siêu âm (kinh nghiệm Trung Quốc)
Vận tốc âm (m/s) < 2000 2000-3000 3000-3500 3500-4000 >4000 Chất lợng bê tông Rất kém Kém Trung bình Tốt Rất tốt Cấp chất l- ợng của cọc V IV III II I
4.2.6.2. Phơng pháp đồng vị phóng xạ (tia gamma)
Để kiểm tra chất lợng và phát hiện khuyết tật trong bê tông móng, ngời ta sử dụng nguồn đồng vị Cs-137 (hoặc Cr-60) để khảo sát đặc trng cơ bản của vật liệu.
Khi truyền qua bê tông, cờng độ bức xạ bị giảm yếu do sự hấp thụ của bê tông. Về lý thuyết đã chứng minh đợc: mật độ bê tông thay đổi phụ thuộc tuyến tính với logarit của cờng độ bức xạ I thu nhận theo phơng trình:
ρ = A + B ln I
Trong đó: A, B đợc xác định trên mẫu chuẩn trong phòng thí nghiệm phụ thuộc vào c- ờng độ bức xạ ban đầu Io, chiều dày của móng d, hệ số suy giảm à và một số tham số khác.
Khi chiều dày d không đổi thì việc xác định ρ chỉ hoàn toàn phụ thuộc vào việc phát và thu phóng xạ.
Từ mật độ ρ và sự phân bố của nó sẽ xác định đợc các khuyết tật và độ đồng nhất của bê tông móng.
4.2.6.3. Phơng pháp biến dạng nhỏ (PIT)
Phơng pháp thử bằng biến dạng nhỏ dựa trên nguyên lý phản xạ khi trở kháng thay đổi, của sóng ứng suất truyền dọc theo thân cọc, gây ra bởi tác động của lực xung tại đầu cọc.
Nguyên lý công tác của thiết bị dùng trong phơng pháp này đợc trình bày về nguyên tắc ở hình 4.16 với trình tự thực hiện chủ yếu nh sau:
- Dùng búa tay có lắp bộ cảm biến lực, đóng lên đầu cọc;
Lực cản ở mặt bên của cọc mô phỏng theo luật tắt dần tuyến tính, lực cản ở mũi cọc mô phỏng theo lò xo và bộ phận tắt dần;
Dùng các tham số giả định của đất để tính bằng phơng pháp lặp và điều chỉnh trở kháng để sao cho hình sóng tính toán tơng đối khớp với hình sóng đo đợc từ thực tế, từ đó phán đoán vị trí và độ lớn khuyết tật.
Ngoài phơng pháp biến dạng nhỏ PIT theo trờng phái của Mỹ, ở Viện cơ học Việt Nam có hệ thống thiết bị MIMP-15 kiểm tra chất lợng cọc theo nguyên lý trở kháng cơ học (MIM) của ngời Pháp theo tiêu chuẩn Pháp NF 160-94.
4.2.6.4. Phơng pháp biến dạng lớn (PDA)
Phơng pháp thử bằng biến dạng lớn (theo mô hình E.A. Smith hoặc theo Case) là phơng pháp đo sóng của lực ở đầu cọc và sóng vận tốc (tích phân gia tốc) rồi tiến hành phân tích thời gian thực đối với hình sóng (bằng các tính lặp) dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất trong thanh cứng và liên tục do lực va chạm dọc trục tại đầu cọc gây ra. Nguyên lý của phơng pháp nh trình bày trên hình 4.17.
Các đầu đo gia tốc và ứng suất đợc gắn chặt vào cọc, các tín hiệu từ đầu đo đợc truyền từ cọc nh năng lợng lớn nhất của búa, ứng suất kéo nén lớn nhất của cọc, sức chịu tải Case-Goble, hệ số độ nguyên vẹn.. đợc quan sát trong quá trình thí nghiệm trên hệ thống máy phân tích và hiển thị.
Các số liệu hiện trờng đợc phân tích bằng chơng trình CAPWAP (hoặc Case) nhằm xác định sức chịu tải tổng cộng của cọc, sức chống ma sát của đất ở mặt bên và ở mũi cọc cùng một số thông tin khác về công nghệ đóng và chất lợng cọc.
Kết quả kiểm tra chất lợng cọc bằng phơng pháp biến dạng lớn đợc xử lý bằng phần mềm chuyên dụng và có dạng nh trình bày trên hình 4.18.
Có thể phán đoán mức độ khuyết tật (có tính chất định tính) của cọc theo hệ số hoàn chỉnh β (theo bảng 4.17).
Bảng 4.17. Phán đoán mức độ khuyết tật của thân cọc
Hệ số β 1,0 0,8-1,0 0,6-0,8 < 0,6
Nh đã lu ý trên đây, các phơng pháp kiểm tra không phá hỏng vừa nêu có những hạn chế của nó. Do đó để có độ tin cậy cao hơn trong việc xác định các khuyết tật của cọc thờng phải dùng không ít hơn hai phơng pháp khác nhau để cùng kiểm tra và xác nhận, không vội tin vào một phơng pháp nào khi có nhiều nghi ngờ về kết quả. Có thể để khẳng định, phải dùng các phơng pháp trực giác tuy tốn kém và cồng kềnh nh khoan lấy mẫu hoặc đào khi điều kiện cho phép.
Trong bảng 4.18 và 4.19 tóm tắt nêu một số u và nhợc điểm cũng nh phạm vi áp dụng của các phơng pháp kiểm tra nói trên.
Bảng 4.18. Các phơng pháp truyền qua trực tiếp (tia gamma hoặc siêu âm)
Phơng pháp kiểm tra bằng siêu âm truyền qua
Phơng pháp kiểm tra bằng gamma truyền qua
Nguyên tắc và điều kiện áp dụng
-Đo sóng siêu âm truyền qua các ống đặt sẵn hoặc các lỗ khoan lấy mẫu.
-Các dao động đợc truyền từ một ống khác cùng cao độ để đo thời gian đến và biên độ dao động
-Đo số phóng xạ giữa các ống đặt sẵn hoặc các lỗ khoan lấy mẫu. -Nguồn phóng xạ và đầu thu để trong các ống gần nhau hoặc đối diện nhau có đổ đầy nớc. Vùng mật độ thấp sẽ làm tăng photon trên đầu đo.
Ưu điểm -Tơng đối nhanh
-Xác định đợc khuyết tật giữa các ống khá chuẩn
-Không bị hạn chế độ sâu -Xem kết quả ngay trên màn hình
-Tơng đối nhanh
-Xác định đợc khuyết tật giữa các ống khá chuẩn
-Không bị hạn chế độ sâu
-Xem kết quả ngay trên màn hình Nhợc điểm -Phải đặt trớc các ống hoặc
phải khoan lỗ
-Khó xác định đợc khuyết tật ở gần mặt bên của cọc
-Phải đặt trớc các ống hoặc phải khoan lỗ
-Có thể gây nhiễm phóng xạ
ứng dụng -Kiểm tra đồng chất của bê tông hoặc xác định bất kỳ khuyết tật nào trong cọc
-Kiểm tra đồng chất của bê tông hoặc xác định bất kỳ khuyết tật nào trong thân cọc
Bảng 4.19. Các phơng pháp thử động bề mặt (PIT, MIM, PDA)
Phơng pháp thử động biến dạng nhỏ (gõ - PIT, MIM) Phơng pháp thử động biến dạng lớn (PDA) Nguyên tắc và điều kiện áp dụng
-Đo thời gian truyền sóng dọc trong bê tông.
-Dùng búa gõ vào đầu cọc truyền sóng nén đi xuống gặp mũi cọc hoặc bất kỳ khuyết tật nào sẽ phản xạ lại bề mặt.
-Việc phân tích sẽ tiến hành sau
-Đo vận tốc và biến dạng đầu cọc. -Dùng búa rơi tự do trên đầu cọc để gây ra chuyển dịch cọc vào trong đất
-Dùng lý thuyết phơng trình truyền sóng để phân tích
Ưu điểm -Không cần chôn ống trớc -Thiết bị gọn nhẹ xách tay -Nhanh -Không cần chôn ống trớc -Thiết bị gọn nhẹ xách tay -Nhanh Nhợc điểm -Không xác định đợc đờng kính cọc -Không xác định đợc các khuyết tật trong phạm vi 30cm ở đầu cọc hoặc chiều dài lớn hơn 30 lần đờng kính
-Phải có quả búa rơi đủ nặng và gây va đập trên đầu cọc khoan nhồi
-Việc chuẩn bị thử rất phức tạp và đòi hỏi sự cẩn thận cao.
ứng dụng -Kiểm tra sơ bộ tính đồng nhất của bê tông và xác định sơ bộ khuyết tật trong thân cọc
-Xác định khá chính xác vị trí và mức độ khuyết tật trên thân cọc. -Xác định sức chịu tải của cọc (phân bố ma sát thành bên+sức chống ở mũi)
-Xây dựng đợc biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị.
4.2.7. Kiểm tra sức chịu tải của cọc
Sức chịu tải của cọc là thông số quan trọng và có ý nghĩa nhất phản ánh chất lợng của cọc đã thi công. Việc thử cọc để xác định sức chịu tải của nó thờng là công việc tốn kém và không phải bao giờ cũng có thể thực hiện đợc cho nhiều loại cọc tại công trờng.
Thí nghiệm bằng phơng pháp động khi dùng các công thức động quen biết của Gerxevanov và Hiley là điều mà nhà thầu thờng áp dụng lâu nay, chỉ có điều là đối với cọc nhồi đờng kính lớn, phơng pháp thử động vừa nói tỏ ra không tin cậy.
Thí nghiệm bằng biến dạng lớn PDA tuy là một công cụ khá hiện đại và đợc dùng rộng rãi ở các nớc phát triển nhng cũng chỉ thích hợp cho cọc đóng hoặc cọc nhồi đ- ờng kính nhỏ.